Verdens ældste plantefossiler kan omskrive livets historie
Fossiler af 1,6 milliarder år gamle rødalger fra indiske klipper er så velbevarede, at det betegnes som »science fiction«. Strukturerne afslører, at avanceret flercellet liv opstod meget tidligere end antaget, og livets træ skal formentlig revideres.
fossil rødalger fund

Synkroton-røntgen-tomografi-mikroskopbillede af en 1,6 milliarder år gammel forstenet rødalge, hvor 6 celler ses med den indre cellestruktur bevaret. (Foto: Stefan Bengtson)

I efteråret 2015 sprang phd.-studerende Therese Sallstedt pludselig op fra mikroskopet ved Naturhistoriska Riksmuseet i Stockholm, Sverige.

»Jeg var så ophidset, at jeg blev nødt til at gå tre gange rundt om bygningen, før jeg kunne gå op til min vejleder og fortælle ham, hvad jeg havde set,« siger Therese Sallstedt.

Historien kort
  • Forskere har fundet de hidtil ældste plantelignende fossiler, nemlig 1,6 mia. år gamle mikrofossiler af sandsynlige rødalger.
  • Studiet rejser mange spørgsmål, bl.a. hvorfor komplekse celler og organismer tilsyneladende opstod lynhurtigt, men at der derefter gik så lang tid, inden flercellede, komplekse dyr så dagens lys.

I tyndsnit af klipper med fossile bakteriemåtter fra Chitrakoot i Indien havde hun set velbevarede celler med langt større kompleksitet end de omgivende bakterier.

Det, hun så, mindede hende om nogle af de tidligste planter - 600 millioner år gamle alger fundet i Kina. Sagen var bare, at de indiske klipper var ældre - meget ældre - 1.600 millioner år gamle, og hvis det var sandt, havde hun netop som den første set de ældste fossiler af planter i verden.

Sammen med vejlederen, professor emeritus Stefan Bengtson, offentliggør Sallstedt nu ikke bare studiet af ét, men to slags fossiler af verdens ældste planter - sandsynligvis rødalger - i det videnskabelige tidsskrift PLOS Biology.

Forskerkollega: »Intet mindre end fantastisk«

»Det her arbejde er intet mindre end fantastisk. De viser strukturer inden i celler fra flercellet komplekst væv, som er 1.600 millioner år gammelt - det er science fiction, bortset fra at det er gjort nu,« siger gæsteforsker Emma Hammarlund, som forsker i livets udviklingshistorie på Syddansk Universitet, men ikke har deltaget i det nye studie.

»Men udover, at de finder de ældste fossiler, som ligner moderne rødalger, vil de nye fossiler flytte vores skøn for oprindelsen af den sidste fælles forfader til alle eukaryoter [komplekse celler, red.] dybt tilbage i tiden.«

rødalger fossiler planter liv eukaryote celler Indien 1,6 milliarder

Fossilerne af verdens ældste planter stammer højst sandsynligt fra rødalger som på billedet her. (Foto: Shutterstock)

Fundet kan omskrive den tidlige udviklingshistorie

Oprindelsen af komplekse celler (eukaryoter) er en milepæl i Jordens og vores historie, fordi alle højere flercellede organismer - planter, svampe, dyr - stammer fra dem.

Så udover, at planters oprindelse i sig selv er spændende, fordi planter spiller en nøglerolle for Jordens liv, kan studiet flytte et forankringspunkt i det nuværende stamtræ meget længere tilbage i tiden - og dermed trække i resten af træet, så man bliver nødt til at kalibrere den tidlige udviklingshistorie på ny. 

»Sagt forenklet tvinger de her 1,6 milliarder år gamle fossiler af rødalger os til at genoverveje timingen for, hvornår det højere liv opstod på Jorden. De fortæller os, at det skete meget tidligere end hidtil antaget,« siger Therese Sallstedt.

Indisk kollega var anklaget for fusk

Fundet, som må være enhver forskers drøm, begyndte paradoksalt nok med enhver forskers mareridt.

»Det begyndte tilbage i 2006, da jeg blev kontaktet af min indiske kollega, Rafat Azmi, som var anklaget for forskningsfusk,« siger Stefan Bengtson.

Azmi led i årevis under en anklage for at have flyttet fossiler fra et andet sted til de indiske klipper og bad desperat Stefan Bengtson komme til Indien for at undersøge klipperne som uvildig part.

fossiler liv geologi indien eukaryote celler

Kortet viser Indiens geologi, og hvor fossilerne er fundet (markeret med den gule stjerne). (Kort: PLOS Biology/Bengtson et al.)

Stefan Bengtson rejste til Indien og indsamlede selv fossiler og sendte dem direkte til Sverige for at studere dem nærmere. Her afslørede han, at Azmis fund var gode nok, men hvor Rafat Azmi troede, at have fundet fossiler fra Kambrium for cirka 500 millioner år siden, kunne Stefan Bengtson og kollegerne overraskende afsløre, at fossilerne i virkeligheden var 1,6 milliarder år gamle.

To forskellige typer fossiler

Det, Rafat Azmi havde troet, var skaller fra dyr, var i virkeligheden forstenede gaslommer, fanget under slimede måtter af urgamle bakterier.

Det var disse tidlige bakteriesamfund, som Therese Sallstedt oprindeligt var interesseret i at studere og forstå.

Blandt bakterierne havde Stefan Bengtson allerede fundet lange tråde af algelignende strukturer, som kunne være eukaryoter, da Therese Sallstedt fandt sine mere 'kødfulde' plantefossiler. (Se boks 1 under artiklen)

Med hendes fund så det nu ud til, at der var tale to vidt forskellige typer af højt udviklede rødalger, og forskerne slog fundene sammen under ét.

Indre strukturer har overlevet ufattelige tidsspænd

Det mest overbevisende bevis for, at der er tale om højere celler, kommer indefra.

stefan bengtson rødalger eukaryote celler

Stefan Bengtson i laboratoriet. (Foto: Birger Rasmussen)

Fossilerne er så forbløffende godt bevaret, at små, sarte, mikroskopiske indre strukturer har overlevet det ufattelige tidsspænd frem til i dag - det er det, Emma Hammarlund kalder science fiction. (Læs mere i boks 2 under artiklen)

Og hun er ikke den eneste forskerkollega, der er begejstret:

»Billederne i artiklen taler deres eget sprog. Her er mange detaljer i organismerne flot bevaret. Det er helt unikt for fossiler af den alder,« siger adjunkt ved Statens Naturhistoriske Museum, Københavns Universitet, Tais Wittchen Dahl, som ikke har deltaget i det nye studie.

Mikroskopiske strukturer bevaret intakt

Forskerne har opdaget afslørende indre eukaryote strukturer, inklusive skillevægge med ’forbindelses-huller’, mellem enkeltceller, hvilket typisk ses i flercellede organismer som rødalger, ’frugtsten’ eller pyrenoider, som er en struktur i grønkorn hos alger, der medvirker ved syntesen af kulhydrater i cellen samt strukturer i de kødfulde fossiler, som ses hos en gruppe nutidige rødalger kaldet kalkalger.

Med fossilerne har StefanBengtson og Therese Sallstedt fundet, at der er basis for at beskrive to nye arter og slægter af rødalger, som de har døbt henholdsvis Rafatazmia (til ære for den indiske forsker Rafat Azmi) og Ramathallus (latin for kødfuld gren).

rødalger fossiler planter liv eukaryote celler Indien 1,6 milliarder

Her ses flere af de bedst bevarede fossiler af af den trådformede rødalge Rafatazmia. (Foto: PLOS Biology/Bengtson et al.)

Kan være nogle af de tidligste flercellede livsformer

»Det særligt interessante er, at forskerne mener, mikrofossilerne hører til rødalgerne, som er nogle af de allertidligste flercellede livsformer på Jorden,« siger Tais Dahl.

»Flercellet liv er udviklet flere gange i historien, men det sker først hos planterne, og det er her, studiet får en særlig betydning for beregningen af, hvornår de første eukaryote celler opstod på Jorden. Det er, fordi de ældste fossile rødalger bruges til at kalibrere aldersbestemmelser med det ’molekylære ur’,« siger Tais Dahl.

Et molekylært ur angiver tider i udviklingshistorien, baseret på DNA-slægtskab mellem nulevende organismer, men det afgørende er, at ’uret’ forankres ved hjælp af daterede fossiler for ikke at svæve løst rundt i udviklingshistorien.

Billedet af livets udvikling skal revideres kraftigt

Hidtil har et andet fossil af en rødalge, Bangiomorpha, fra Canada været det ældste med en alder på cirka 1,2 milliarder år. Molekylærbiologerne har dog haft svært ved at acceptere den høje alder, og Bangiomorpha er blevet ignoreret som en sær undtagelse.

»Men vores nye data gør det svært at afvise tilstedeværelsen af rødalger, ikke bare for 1,2, men allerede for 1,6 milliarder år siden,« siger Stefan Bengtson.

fossiler liv geologi indien

I studiet har forskerne benyttet et af verdens kraftigste 'mikroskoper' Swiss Light Source i Villigen, Schweiz. Den runde bygning er maskinen, som har gjort de fantastiske billeder mulige - det kan du læse mere om i boks 2 under artiklen . (Foto: SLS)

Hvis de har ret, betyder det, at det molekylære ure skal kalibreres kraftigt, og vores billede af livets udvikling kan stå over for en ordentlig revision. 

»Allerede nu, hvis Bangiomorpha inkluderes i beregningerne - hvilket de fleste undgår - sætter nogle estimater den fælles forfader til 3,8-4,2 milliarder år før nu,« siger Emma Hammarlund.

Det vil sige meget kort tid efter de første encellede organismer.

Studiet rejser mange nye spørgsmål

Præcis, hvordan livets træ skal kalibreres, vil Stefan Bengtson ikke sætte tider på og siger, at det for nuværende vil være gætteri, men der er ingen tvivl om, at oprindelsen af eukaryoter og komplekst liv sendes dybere tilbage i historien.

Og det rejser mange spørgsmål, ikke mindst hvorfor det tilsyneladende gik lynhurtigt med at få eukaryote celler og store komplekse organismer, men at der så alligevel gik helt frem til Kambrium for 5-600 millioner år siden, inden flercellede, komplekse dyr så dagens lys.

»Den store gåde, som har mere end et århundrede på bagen, er, hvorfor ’den kambriske eksplosion’ af flercellede organismer var så lang tid undervejs. Nu ser vi, at flercellede, komplekse organismer allerede fandtes en milliard år tidligere, og dermed viser vi, at det i hvert fald ikke var manglen på den slags organismer, som holdt det tilbage,« siger Stefan Bengtson.

Eukaryote celler er meget større end bakterier

Trods de umiddelbare ligheder med nutidige rødalger var det afgørende, at fossilerne ikke på en eller måde kunne være noget andet, f.eks. bakterier.

Nogle af de vigtigste forskelle på bakterier og højere celler er størrelsen og en kompleks indre organisation af cellen.

Bakterier er, bortset fra nogle få undtagelser, altid meget mindre end eukaryoter og mellem 1 og 10 mikrometer (milliontedel meter), mens eukaryote celler typisk er 10 til 100 mikrometer.

Eukaryote celler er opdelt i små rum

Eukaryote cellers indre er opdelt i små rum med hver deres funktion, lidt som organer, og med et avanceret transportsystem i mellem dem, og endelig kan eukaryote celler være organiseret i komplekse større samlinger, mens bakterier næsten altid er encellede.

Forskerne har fundet, at de trådlignende fossilers størrelse varierer mellem 58-175 mikrometer i bredden og op til 2.000 mikrometer i længden, mens Sallstedts kødfulde alger er opbygget af op til 3 millimeter sammenhængende cellesamlinger af enkelte celler på mellem 5 og 15 mikrometer.

Verdens kraftigste mikroskop måtte i brug

For at se strukturerne har forskerne også benyttet lidt af et science fiction apparat - Synchrotron X-ray Tomographic Microscopopy (SrXTM) - som kort fortalt er et af verdens kraftigste ’mikroskoper’.

I den schweiziske by Villigen står Swiss Light Source, der er en tredje-generations synkrotron, dvs. en partikelaccelerator, som laver højenergilys. Her accelereres elektroner op til næsten lysets hastighed og tvinges af elektromagneter rundt og rundt i en cirkelbane på 288 meter.

Accelerationskraften rundt i cirklen får elektronerne til at afgive lys, og på udvalgte poster tappes det blandt andet som røntgenstråling af så høj intensitet, at man kan bruge det til at skelne mikroskopiske strukturer, der er skjult inden i de forstenede celler.

Cellerne er ’mumificerede’

Selve de organiske molekylære skeletter er forlængst forsvundet, men i stedet kunne forskerne se et phosphor-holdigt mineral kaldet apatit, som har beklædt de oprindelige strukturer i et hårdt mineralsk harnisk. Apatit dannes fra phosphor, der findes i alt levende.

Cellernes indre væske er erstattet af et andet mineral, karbonat, og når forskerne behandlede prøverne med syre, opløstes karbonaten, og de oprindelige indvendige og udvendige strukturer trådte frem, næsten som om cellerne var mumificerede.

Lyt på Videnskab.dk!

Hver uge laver vi digital radio, der udkommer i form af en podcast, hvor vi går i dybden med aktuelle emner fra forskningens verden. Du kan lytte til den nyeste podcast i afspilleren herunder eller via en podcast-app på din smartphone.

Har du en iPhone eller iPad, kan du finde vores podcasts i iTunes og afspille dem i Apples podcast app. Bruger du Android, kan du med fordel bruge SoundClouds app.
Du kan se alle vores podcast-artikler her eller se hele playlisten på SoundCloud

Det sker